GPS는 지구 중심으로부터 GPS 위성의 거리와 위성과 관측자사이의 의사거리(pseudorange)를 이용해서 위치를 결정하는 시스템이다. 1993년 6월 12일 연세대학교에서 3시간동안 관측하여 연세대학교의 위치를 구하였다. 이 위치는 WGS-84 타원체이므로 Bessel타원체로 좌표변환하였다. 위치를 결정하기 위해서는 정확한 위성의 위치와 의사거리에 미치는 잡음(noise)을 제거해야 한다. GPS 위성의 위치 결정에는 지구 비대칭중력항에 의한 섭동, 태양, 달에 의한 섭동, 태앙 복사압에 의한 섭동, 지각, 해양의 조석력에 의한 섭동, 태양빛의 지구 반사도(albedo)에 의한 섭동을 고려해야하며 이를 위해서 위성의 Telemetry를 분석하여 구해 보았다 의사거리의 잡음중 가장 큰 요소인 이온층, 대류층에 의한 지연(delay)에 대해 연구 하였고 각각 Kiobuchar모델, Hopfield모델을 써서 보정을 하였다. 자료 처리를 P모델, PV모델을 만들어 칼만 필터에 적용하였고 RV모델이 P모델보다 더 정확하였나, 위치 결정의 정확도를 알아 보기위해서 국립 천문대부설 GPS관측소에서 결정한 위치와 비교,분석하였다.
디지털 신호의 위상 에러는 랜덤 특성을 갖는 위상 잡음과 도플러에 의한 추적 위상 에러에 의해 발생된다. 도플러 현상이 나타나는 움직임을 갖는 이동형 위성통신 시스템에서 위상 잡음과 더불어 static 위상 오차에 의한 전송 신호의 영향을 해석하여 이동형 위성통신 시스템에 적합한 시스템 요구 위상 잡음 스펙트럼을 설계하여야 한다. 본 논문에서는 이동형 양방향 위성통신 시스템의 비대칭 이동 서비스에 대한 도플러 영향과 위상 에러를 해석하여 요구되는 전송 시스템의 위상 잡음 스펙트럼을 설계하고, 움직임을 갖는 단말국의 도플러 영향을 최소화하는 전송 서비스를 해석한다. 제안된 위상 잡음 스펙트럼은 요구되는 전송 시스템에 대한 주파수 발생부를 설계할 수 있도록 한다.
30dB의 선형이득과 2.6dB의 잡음지수 성능을 갖는 위성통신중계기용 30GHz대 저잡음증폭기 모듈이 MMIC와 박막 MIC기술로 개발되었다. 두 종의 MMIC 회로가 저잡음증폭기 모듈에 사용되었는데, 하나는 초저잡음용 MMIC 회로이고, 다른 하나는 광대역 고이득용 MMIC 회로이다. MMIC 회로 제작에 사용된 증폭소자는 0.15$mu extrm{m}$게이트 길이를 갖는 pHEMT이다. 두 개의 MMIC 회로를 상호 연결하고 저잡음증폭기 모듈을 완성하기 위하여 박막기술을 이용하여 마이크로스트립 선로를 구현하였으며, 안정된 DC 전원 공급을 위하여 후막기술을 이용한 바이어스 회로를 개발하였다. 저잡음증폭기 모듈의 입력측은 위성중계기의 안테나로부터의 신호를 받아들이기 위하여 도파관 형태로 설계되었으며, 출력측은 주파수변환부와의 접속을 위하여 K-컨넥터로 구현되었다. 모든 제작 공정에는 실제 위성용 부품 제작 기술이 도입되었으며, 위성중계기에 탑재되는 부품에 요구되는 온도시험 및 진동시험을 실시하였다. 제작된 저잡음증폭기 모듈은 동작목표 대역인 30~31GHz에서 30dB 이상의 이득, $\pm$0.3dB의 이득평탄도, 그리고 2.6dB이하의 우수한 잡음지수를 가진 것으로 측정되었다.
본 논문에서는 게이트 길이 0.25um, 게이트 폭 150um(6 $\times$25)um 인 HEMT를 이용하여 11.7GHz~12.2GHz 대역 위성방송용 수신기의 기본회로를 설계하였다. 수신기는 저잡음증폭기, 믹서, 국부발진기, 중간주파수증폭기로 구성되어 있으며 LO 주파수는 10.75GHz 이고 IF 주파수는 0.95 ~1.45GHz 이다. 수신기의 설계목표는 전체이득 32dB 이상, 잡음지수 2.6dB 이하, 입출력 단의 반사손실은 각각 -10dB, -10dB 이하이며 저잡음증폭기, 믹서 및 중간주파수증폭기의 최소이득 및 최대잡음지수 14dB, 1dB, 믹서는 각각 0dB, 10dB, 중간주파수증폭기는 각각 18dB, 5dB 가 되게 설계하였다. 저잡음증폭기와 중간주파수증폭기는 2단으로 , 믹서는 이중 게이트구조로, 국부발진기는 반사형의 구조로 설계하였다.
위성용 전자광학탑재체는 제한된 소모전력 및 우주방사선과 같은 사용 환경에 의해 설계부터 특별한 요구사항을 가지고 있으며, 획득 영상의 품질은 주로 GSD (Ground Sampled Distance), 신호대잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio), MTF (Modulation Transfer Function)에 따라 좌우된다. 영상센서의 출력신호에 포함된 잡음 감소를 통한 신호대잡음비 개선을 위하여, 센서에 추가된 프리픽셀(Pre-pixel) 및 다크픽셀(Dark-pixel)을 사용하여 CDS (Corrective Double Sampling) 방식을 통해 영상센서의 잡음 성분을 포함한 오프셋 신호(Offset Signal)를 제거하는 아날로그 신호처리(ASP, Analog Signal Processor) 방법을 제안한다. 또한 센서 제어시스템에서는 영상의 불균일성 처리를 위해 제어시스템의 출력 포트별 게인(Gain), 오프셋, 및 센서의 화소별 특성을 반영한 다양한 방식에 의한 보정 방법이 적용된다. 본 논문에서는 이상 설명한 여러 가지 잡음 개선방법을 시스템 설계 및 운영에 적용하여 위성탑재용 전자광학카메라의 신호대잡음비 향상 방법을 제안하고, 실험을 통해 검증한다.
본 논문에서는 상업용 MMIC를 이용하여 Ka-대역 위성 텔레비전 방송 수신 전용(TVRO) 저 잡음 하향변환 증폭단을 설계하였다. 저 잡음 블록은 입력단에서 저 잡음 정합시킨 증폭기를 포함한 3단 증폭기, 이미지 제거용 대역통과필터, 주파수 혼합기, 주파수 체배기 및 IF단으로 구성하였다. 저 잡음블럭을 구성하는 모듈에 대한 감쇄와 전력이득에 대한 분석을 통하여 Ka-band LNB의 특성을 만족시키는 소자를 선정하였다. 설계된 저 잡음 블록에 대한 실험 결과 변환이득은 $58{\pm}1dB$, 잡음지수 1.5dB 이하, 위상잡음은 -94.6dBc@10KHz를 나타내었다.
본 논문에서는 통신해양기상위성 센서 데이터 송수신 시스템의 요구 시스템 위상 잡음 스펙트럼 분포도를 제안하였다. 위상 잡음 영향을 최소화하기 위한 해석된 수신 설계 파라미터를 기반으로 센서 측정 신호인 raw, LRIT 및 HRIT 데이터 전송에 적합한 위상 잡음 특성을 제시하였다. 제안된 위상 잡음 특성은 전송 채널상에서 발생하는 주파수 신호 자원의 위상 잡음 영향을 최소화하며, 서비스 단말에 양호한 전송 성능을 제공한다. 또한 제안된 위상 잡음 스펙트럼은 센서 데이터 송수신 시스템의 주파수 발생원의 신호 특성으로 설계할 수 있도록 한다.
본 논문에서는 K-대역 무궁화 위성의 하향변환기용 저잡음 증폭기를 설계하였다. 30dB이상의 높은 이득을 필요로 하는 하향변환기용 저잡음증폭기의 특성을 만족시키기 위해 3단으로 구성하였다. 설계된 3단 저잡음 중폭기에 대해 모의 실험한 결과 입력신호의 동작 주파수 19.2㎓∼20.2㎓에서 33dB의 이득과 0.93dB의 잡음지수를 보였으며, 제작 측정한 결과 이득은 25dB, 잡음지수는 1.5dB를 보였다. 한편 이 중폭기의 입·출력 반사계수는 각각 -25dB와 -28dB로 나타났고, 입·출력 정재파비는 1.5 이하로 K-대역 무궁화위성의 하향변환기용 저잡음증폭기로써의 성능을 만족할 수 있었다.
본 논문에서는 20GHz 이상의 Ka-대역 위성링크에서 대기 중의 감쇠가 심하므로 높은 품질의 영상신호를 수신하기 위하여 최저 잡음지수를 나타내는 하향변환기의 RF-전단부를 제시하였다. 또한 RF-전단부의 CDR, SFDR 및 OIP3을 버짓 분석에 의하여 높은 동적영역을 나타내는 파라미터 값과 선형성을 분석하였다. 설계된 Ka-대역 하향변환기의 전체이득은 61.8dB, 잡음지수는 1.05dB로 매우 우수한 특성 나타내었으며, 설계 제작된 하향변환기는 우수한 선형성을 요구하는 UHD 급의 고화질 영상전송용 Ka-대역 위성방송 하향변환기에 적용할 수 있다.
큐브위성 관제를 위해 국제전기통신연합(ITU, International Telecommunication Union)에서 할당하고 있는 아마추어 주파수 가운데 3개의 주파수 대역(VHF/UHF/S-band)에 대하여, 큐브위성 지상국을 보유하고 있는 국내 10개 기관 사이트의 전파환경을 24시간 동안 각각 측정하였다. 측정된 결과를 바탕으로 큐브위성의 하향 교신주파수에서의 지상국 주변 전파잡음과 큐브위성 RF 통신링크에서 허용가능한 지상국 주변의 간섭잡음 요구조건을 비교하여 영향성을 분석하였다. 분석 결과 S 대역 환경은 다양한 무선 기기의 주파수가 혼재되어 사용되므로 지상국 주변 전파환경을 고려하여 큐브위성의 하향 교신주파수를 선정하여야 하고 아울러 RF 통신링크 설계나 지상국 시스템을 구성하여야 함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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